ITMI20112396A1 - ROTARY VALVES WITH CLOSING PROFILES BETWEEN STATOR AND ROTOR AND RELATED METHODS - Google Patents

ROTARY VALVES WITH CLOSING PROFILES BETWEEN STATOR AND ROTOR AND RELATED METHODS Download PDF

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ITMI20112396A1
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Riccardo Bagagli
Leonardo Tognarelli
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Nuovo Pignone Spa
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Description

TITLE / TITOLO TITLE / TITLE

ROTARY VALVES HAVING SEALING PROFILES BETWEEN STATOR AND ROTOR AND RELATE D METHODS VALVOLE ROTATIVE AVENTI PROFILI DI CHIUSURA TRA STATORE E ROTORE E RELATIVI METODI ROTARY VALVES HAVING SEALING PROFILES BETWEEN STATOR AND ROTOR AND RELATE D METHODS ROTARY VALVES WITH CLOSING PROFILES BETWEEN STATOR AND ROTOR AND RELATED METHODS

ARTE NOTA CAMPO TECNICO KNOWN ART TECHNICAL FIELD

Le realizzazioni dell'oggetto divulgato dal presente documento si riferiscono in generale alle valvole rotative utilizzate nei compressori alternativi e, più nello specifico, alle valvole rotative attuate aventi profili di chiusura tra lo statore (noto anche come sede) e il rotore (noto anche come controsede).. The realizations of the object disclosed in this document refer in general to the rotary valves used in reciprocating compressors and, more specifically, to the rotary valves implemented having closing profiles between the stator (also known as seat) and the rotor (also known as counter seat) ..

RIASSUNTO DELL'ARTE NOTA SUMMARY OF KNOWN ART

I compressori utilizzati nell'industria petrolifera e del gas naturale devono rispettare requisiti specifici di settore che prendano in considerazione, per esempio, la frequente corrosività e infiammabilità del fluido compresso. L'American Petroleum Institute (API), l'organizzazione che stabilisce la normativa di settore riconosciuta per le attrezzature utilizzate nell'industria petrolifera e del gas naturale, ha emesso il documento API618, che elenca una serie completa di requisiti minimi per i compressori alternativi. Compressors used in the oil and natural gas industry must comply with specific sector requirements that take into account, for example, the frequent corrosivity and flammability of the compressed fluid. The American Petroleum Institute (API), the recognized industry regulation organization for equipment used in the oil and natural gas industry, has issued API618, which lists a full set of minimum requirements for reciprocating compressors .

I compressori possono essere suddivisi in volumetrici (compressori alternativi, a vite o a palette) e dinamici (compressori centrifughi o assiali). Nei compressori dinamici, il gas viene compresso intrappolando un volume fisso di gas per poi ridurlo. Nei compressori dinamici, il gas viene compresso trasferendo l'energia cinetica da un elemento rotante (ad esempio un girante) al gas da comprimere da parte del compressore. Compressors can be divided into volumetric (reciprocating, screw or vane compressors) and dynamic (centrifugal or axial compressors). In dynamic compressors, the gas is compressed by trapping a fixed volume of gas and then reducing it. In dynamic compressors, the gas is compressed by transferring the kinetic energy from a rotating element (e.g. an impeller) to the gas to be compressed by the compressor.

La Figura 1 mostra un compressore alternativo a camera doppia convenzionale 10 (cioè un compressore volumetrico), utilizzato nel settore petrolifero e del gas naturale. La compressione avviene in un cilindro 20. Il fluido da comprimere (ad esempio gas naturale) viene immesso nel cilindro 20 tramite una bocca d'ingresso 30 e, dopo la compressione, viene espulso tramite una bocca di efflusso 40. Il compressore opera in un processo ciclico durante il quale il fluido viene compresso grazie al movimento del pistone 50 nel cilindro 20, tra un'estremità della testata 26 e un'estremità della manovella 28. Il pistone 50 divide il cilindro 20 in due camere di compressione 22 e 24 operanti in diverse fasi del processo ciclico; infatti, il volume della camera di compressione 22 si trova al valore minimo quando il volume della camera di compressione 24 si trova al valore massimo e viceversa. Figure 1 shows a conventional double chamber reciprocating compressor 10 (i.e. a volumetric compressor), used in the oil and natural gas industry. Compression takes place in a cylinder 20. The fluid to be compressed (for example natural gas) is introduced into the cylinder 20 through an inlet port 30 and, after compression, is expelled through an outflow port 40. The compressor operates in a cyclic process during which the fluid is compressed thanks to the movement of the piston 50 in the cylinder 20, between one end of the head 26 and one end of the crank 28. The piston 50 divides the cylinder 20 into two compression chambers 22 and 24 operating in different phases of the cyclical process; in fact, the volume of the compression chamber 22 is at the minimum value when the volume of the compression chamber 24 is at the maximum value and vice versa.

Le valvole di aspirazione 32 e 34 si aprono per consentire al fluido che verrà compresso (ossia con una pressione di aspirazione/iniziale P-i) di passare dalla bocca d'ingresso 30 rispettivamente alle camere di compressione 22 e 24. Le valvole di scarico 42 e 44 si aprono per consentire al fluido che è stato compresso (ossia con una pressione di scarico/successiva P2) di essere espulso rispettivamente dalle camere di compressione 22 e 24 tramite la bocca di efflusso 40. Il pistone 50 si muove grazie all'energia trasmessa da un albero a manovella 60 tramite un testacroce 70 e un'asta del pistone 80. The inlet valves 32 and 34 open to allow the fluid that will be compressed (i.e. with a suction / initial pressure P-i) to pass from the inlet port 30 to the compression chambers 22 and 24 respectively. 44 open to allow the fluid that has been compressed (i.e. with a discharge / subsequent pressure P2) to be expelled from the compression chambers 22 and 24 respectively through the outflow port 40. The piston 50 moves thanks to the transmitted energy from a crankshaft 60 via a crosshead 70 and a piston rod 80.

Di norma, le valvole di aspirazione e compressione utilizzate nei compressori alternativi sono valvole automatiche che passano da uno stato di chiusura a uno di apertura e viceversa in base alla pressione differenziale nella valvola. Le Figure 2A e 2B mostrano il funzionamento di una valvola automatica 100 avente una sede 110 e una controsede 120. La Figura 2A mostra la valvola 100 nello stato di apertura, mentre la Figura 2B mostra la valvola 100 nello stato di chiusura. As a rule, the suction and compression valves used in reciprocating compressors are automatic valves that go from a closed state to an open state and vice versa based on the differential pressure in the valve. Figures 2A and 2B show the operation of an automatic valve 100 having a seat 110 and a counter seat 120. Figure 2A shows the valve 100 in the open state, while Figure 2B shows the valve 100 in the closed state.

Nello stato di apertura mostrato dalla Figura 2A, l'otturatore 130 viene spinto verso il basso nella controsede 120, consentendo al fluido di attraversare una bocca di ingresso 140 e le bocche di efflusso 150. L'otturatore 130 può essere sotto forma di disco, fungo, funghi multipli o anelli; la valvola prende il nome proprio da tale forma: valvola a disco, valvola a fungo, valvola a funghi multipli o valvola ad anello. Le Figure 2A e 2B rappresentano una configurazione generica indipendente dai dettagli relativi alla forma effettiva dell'otturatore 130. In the open state shown in Figure 2A, the shutter 130 is pushed down into the counter seat 120, allowing the fluid to pass through an inlet port 140 and the outflow ports 150. The shutter 130 can be in the form of a disk, mushroom, multiple mushrooms or rings; the valve takes its name from this shape: disc valve, poppet valve, multiple mushroom valve or ring valve. Figures 2A and 2B represent a generic configuration independent of the details relating to the actual shape of the shutter 130.

Tra l'otturatore 130 e la controsede 120 è presente una molla 160. In base al suo stato di deformazione, la molla 160 partecipa attivamente a determinare il punto di apertura della valvola dato che la forza di deformazione elastica sovrimpone una pressione lungo il percorso del flusso (la pressione sovrimposta è pari alla forza divisa per l'area dell'otturatore 130). Nello stato di apertura, la pressione iniziale pi proveniente dalla fonte del fluido (non mostrata) e lungo la bocca d'ingresso 140 è superiore alla pressione P2 in corrispondenza della destinazione del fluido (non mostrata) e lungo le bocche di efflusso 150. Se la molla 160 è deformata quando l'otturatore 130 viene spinto verso il basso nella controsede 120 (come mostrato nella Figura 2A), la differenza di pressione (p-r p2) deve essere maggiore della pressione della molla 160 (ossia del rapporto ottenuto dividendo la forza di deformazione elastica per l'area dell'otturatore). Between the obturator 130 and the counter seat 120 there is a spring 160. According to its state of deformation, the spring 160 actively participates in determining the opening point of the valve since the elastic deformation force superimposes a pressure along the path of the valve. flow (the superimposed pressure is equal to the force divided by the area of the shutter 130). In the open state, the initial pressure pi from the fluid source (not shown) and along the inlet port 140 is higher than the pressure P2 at the fluid destination (not shown) and along the outlets 150. If the spring 160 is deformed when the shutter 130 is pushed down into the counter seat 120 (as shown in Figure 2A), the pressure difference (p-r p2) must be greater than the pressure of the spring 160 (i.e. the ratio obtained by dividing the force of elastic deformation for the shutter area).

Nello stato di chiusura mostrato nella Figura 2B, l'otturatore 130 impedisce al fluido di scorrere dalla bocca d'ingresso 140 verso le bocche di efflusso 150. La molla 160 è spesso configurata per favorire una chiusura più veloce della valvola (e il mantenimento della chiusura); di conseguenza, è nota come molla "di ritorno". La molla 160 contribuisce a chiudere la valvola 100 anche se le pressioni in corrispondenza della fonte p-i e della destinazione p2sono equivalenti (pi= p2). In the closed state shown in Figure 2B, the shutter 130 prevents fluid from flowing from the inlet 140 to the outlets 150. The spring 160 is often configured to assist in faster closing of the valve (and maintenance of the closure); consequently, it is known as a "return" spring. The spring 160 helps to close the valve 100 even if the pressures at the source p-i and the destination p2 are equivalent (pi = p2).

Le valvole sopra descritte sono note come valvole automatiche, in quanto passano da uno stato di apertura a uno di chiusura e viceversa in base alla differenza di pressione nella valvola (pr p2) (ossia alla differenza tra la pressione pi in corrispondenza della fonte del fluido e la pressione p2in corrispondenza della destinazione del fluido). The valves described above are known as automatic valves, as they pass from an open to a closed state and vice versa based on the pressure difference in the valve (pr p2) (i.e. the difference between the pressure pi at the fluid source and pressure p2 at the fluid destination).

Un motivo di inefficienza nei compressori alternativi riguarda lo spazio nocivo, ossia il volume da cui il fluido compresso non può essere evacuato. Una parte dello spazio nocivo è dovuta al volume relativo alle valvole. Le valvole rotative richiedono uno spazio nocivo inferiore, ma agiscono solo se attuate. Un altro svantaggio delle valvole rotative è la maggiore area di flusso. Le valvole rotative sono note da molto tempo; ad esempio, sono state descritte nel brevetto USA n. 4,328, 831 di Wolff e nel brevetto USA 6,598,851 di Schiavone et al. One reason for inefficiency in reciprocating compressors concerns the harmful space, i.e. the volume from which the compressed fluid cannot be evacuated. Part of the harmful space is due to the volume relative to the valves. Rotary valves require less harmful space, but only act when implemented. Another disadvantage of rotary valves is the larger flow area. Rotary valves have been known for a long time; for example, they have been described in US patent no. 4,328,831 by Wolff and in US patent 6,598,851 by Schiavone et al.

Le Figure 3A e 3B illustrano una valvola rotativa convenzionale 200. La valvola comprende uno statore 210 e un rotore 220. Lo statore 210 e il rotore 220 consistono in dischi coassiali con aperture che si estendono quanto un settore della stessa dimensione attorno a un albero 230. Il rotore 210 può essere attuato per ruotare attorno all'albero 230 da una posizione iniziale (Figure 3A) in cui l'apertura del rotore 212 è sovrapposta all'apertura dello statore 222 a una seconda posizione (Figura 3B) in cui l'apertura del rotore 212 e l'apertura dello statore 222 (indicata dalla linea tratteggiata) si estendono per diversi settori. Quando il rotore 220 si trova nella prima posizione, la valvola rotativa 200 si trova nello stato di apertura, consentendo al fluido di scorrere da un lato dell'area statore rotore a un altro lato del rotore. Quando il rotore 220 si trova nella seconda posizione, la valvola rotativa 200 si trova nello stato di chiusura, impedendo al fluido di scorrere da un lato dell'area statore rotore a un altro lato del rotore. Figures 3A and 3B illustrate a conventional rotary valve 200. The valve comprises a stator 210 and a rotor 220. The stator 210 and rotor 220 consist of coaxial discs with openings extending as much as a sector of the same size around a shaft 230 The rotor 210 may be actuated to rotate about the shaft 230 from an initial position (Figure 3A) in which the opening of the rotor 212 is superimposed on the opening of the stator 222 to a second position (Figure 3B) in which the the opening of the rotor 212 and the opening of the stator 222 (indicated by the broken line) extend for different sectors. When the rotor 220 is in the first position, the rotary valve 200 is in the open state, allowing fluid to flow from one side of the rotor stator area to another side of the rotor. When the rotor 220 is in the second position, the rotary valve 200 is in the closed state, preventing fluid from flowing from one side of the rotor stator area to another side of the rotor.

Attualmente le valvole rotative convenzionali non sono utilizzate nei compressori alternativi impiegati nel settore petrolifero e del gas naturale perché la chiusura tra lo statore e il rotore non risulta efficace e l'attuazione non è precisa. Inoltre, quando si aziona il rotore, possono prodursi elevate forze di attrito a causa (1) della differenza di pressione che spinge il rotore verso lo statore e che perciò aumenta la forza di attrito e (2) dell'ampia superficie di attrito. In aggiunta, è probabile che l'attrito statico sia notevolmente superiore all'attrito dinamico, la cui differenza rende ancora più difficile mettere in fase e controllare adeguatamente la forza di attuazione. Conventional rotary valves are currently not used in reciprocating compressors used in the oil and natural gas sector because the closure between the stator and the rotor is not effective and the actuation is not precise. Also, when driving the rotor, high frictional forces can occur due to (1) the pressure difference pushing the rotor towards the stator and thereby increasing the frictional force and (2) the large friction surface. In addition, static friction is likely to be significantly higher than dynamic friction, the difference of which makes it even more difficult to properly phase and control the actuation force.

Di conseguenza, sarebbe consigliabile predisporre valvole rotative utilizzabili nei compressori alternativi per il settore petrolifero e del gas naturale che evitino i suddetti problemi e inconvenienti. Consequently, it would be advisable to provide rotary valves that can be used in reciprocating compressors for the oil and natural gas sector that avoid the aforementioned problems and inconveniences.

RIEPILOGO SUMMARY

Alcune realizzazioni minimizzano le forze di attrito nelle valvole rotative, consentendo un'attuazione più veloce e precisa delle valvole e rendendo perciò tali valvole rotative utilizzabili nei compressori alternativi per il settore petrolifero e del gas naturale. Some embodiments minimize the frictional forces in rotary valves, allowing faster and more precise valve actuation and thus making these rotary valves usable in reciprocating compressors for the oil and natural gas sector.

Utilizzando le valvole rotative nei compressori alternativi si ha il vantaggio di una maggiore area di flusso di passaggio, con un conseguente maggior rendimento del compressore dovuto al miglioramento della fase di aspirazione e/o di mandata. Using rotary valves in reciprocating compressors has the advantage of a greater flow area, with a consequent greater compressor efficiency due to the improvement of the suction and / or delivery phase.

Secondo una realizzazione esemplificativa, è prevista una valvola rotativa attuata utilizzabile in un compressore alternativo per il settore petrolifero e del gas naturale; la valvola si trova tra un ugello e una camera di compressione del compressore alternativo. La valvola comprende (1) uno statore avente un'apertura statore attraverso cui avviene il passaggio dall'ugello in direzione della camera di compressione, (2) uno stelo attuatore configurato per essere ruotato da un attuatore e (3) un rotore avente un'apertura rotore attraverso cui avviene il passaggio da ugello in direzione della camera di compressione e fissato saldamente allo stelo attuatore. Il rotore e lo statore consistono in dischi coassiali e sono coassiali con lo stelo attuatore che vi passa attraverso. Almeno uno tra rotore e statore presenta un profilo di chiusura che sporge da una superficie del rotore o dello statore verso un'interfaccia tra i due; il profilo di chiusura circonda rispettivamente l'apertura del rotore o l'apertura dello statore. According to an exemplary embodiment, an actuated rotary valve is provided which can be used in a reciprocating compressor for the oil and natural gas sector; the valve is located between a nozzle and a compression chamber of the reciprocating compressor. The valve comprises (1) a stator having a stator opening through which passage from the nozzle to the compression chamber occurs, (2) an actuator stem configured to be rotated by an actuator, and (3) a rotor having a rotor opening through which the passage from the nozzle towards the compression chamber takes place and firmly fixed to the actuator stem. The rotor and stator consist of coaxial discs and are coaxial with the actuator stem passing through them. At least one of the rotor and stator has a closing profile which protrudes from a surface of the rotor or stator towards an interface between the two; the closing profile surrounds the opening of the rotor or the opening of the stator respectively.

Secondo un'ulteriore realizzazione esemplificativa, un compressore alternativo utilizzato nel settore del petrolio e del gas naturale presenta (1) una camera di compressione configurata per comprimere un fluido immesso nella camera di compressione tramite un ugello di aspirazione ed espulso dalla camera di compressione tramite un ugello di scarico, (2) un attuatore configurato per fornire uno spostamento angolare e (3) una valvola configurata per impedire al fluido di scorrere all'interno o all'esterno della camera di compressione attraverso l'ugello di aspirazione o l'ugello di scarico. La valvola comprende (1) uno statore avente un'apertura statore attraverso cui avviene il passaggio in direzione della camera di compressione, (2) uno stelo attuatore collegato e configurato per essere ruotato dall'attuatore e (3) un rotore avente un'apertura rotore attraverso cui avviene il passaggio in direzione della camera di compressione e fissato saldamente allo stelo attuatore. Il rotore e lo statore consistono in dischi coassiali e sono coassiali con lo stelo attuatore che vi passa attraverso. Almeno uno tra rotore e statore presenta un profilo di chiusura che sporge da una superficie del rotore o dello statore verso un'interfaccia tra i due; il profilo di chiusura circonda rispettivamente l'apertura del rotore o l'apertura dello statore. According to a further exemplary embodiment, a reciprocating compressor used in the oil and natural gas sector has (1) a compression chamber configured to compress a fluid introduced into the compression chamber through a suction nozzle and expelled from the compression chamber through a discharge nozzle, (2) an actuator configured to provide angular displacement, and (3) a valve configured to prevent fluid from flowing into or out of the compression chamber through the suction nozzle or the discharge nozzle. I unload. The valve comprises (1) a stator having a stator opening through which passage in the direction of the compression chamber occurs, (2) an actuator stem connected and configured to be rotated by the actuator, and (3) a rotor having an opening rotor through which the passage in the direction of the compression chamber takes place and firmly fixed to the actuator stem. The rotor and stator consist of coaxial discs and are coaxial with the actuator stem passing through them. At least one of the rotor and stator has a closing profile which protrudes from a surface of the rotor or stator towards an interface between the two; the closing profile surrounds the opening of the rotor or the opening of the stator respectively.

Secondo un'altra realizzazione esemplificativa, è previsto un metodo per riadattare un compressore alternativo utilizzato nel settore petrolifero e del gas naturale e inizialmente dotato di una valvola automatica. Il metodo comprende la rimozione di una valvola automatica posizionata per interfacciare un ugello e una camera di compressione del compressore alternativo e il fissaggio definitivo dello statore di una valvola rotativa attuata tra l'ugello e la camera di compressione. Il metodo prevede altresì un attuatore configurato per fornire uno spostamento angolare e il collegamento all'attuatore, nonché uno stelo attuatore che passa attraverso Io statore e fissato a un rotore. According to another exemplary embodiment, a method is provided for retrofitting a reciprocating compressor used in the oil and natural gas sector and initially equipped with an automatic valve. The method includes removing an automatic valve positioned to interface a nozzle and compression chamber of the reciprocating compressor and definitive attachment of the stator of a rotary valve between the nozzle and the compression chamber. The method also provides an actuator configured to provide angular displacement and connection to the actuator, as well as an actuator stem which passes through the stator and attached to a rotor.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

I disegni tecnici allegati nella descrizione dettagliata, e di cui costituiscono parte integrante, rappresentano una o più forme di realizzazione e, unitamente alla descrizione, spiegano tali forme di realizzazione. Nei disegni: The technical drawings annexed to the detailed description, and of which they form an integral part, represent one or more embodiments and, together with the description, explain these embodiments. In the drawings:

la Figura 1 è il diagramma schematico di un compressore alternativo a camera doppia convenzionale; Figure 1 is the schematic diagram of a conventional double chamber reciprocating compressor;

le Figure 2A e 2B sono diagrammi schematici che illustrano il funzionamento di una valvola automatica; Figures 2A and 2B are schematic diagrams illustrating the operation of an automatic valve;

le Figure 3A e 3B sono illustrazioni di una valvola rotativa convenzionale; Figures 3A and 3B are illustrations of a conventional rotary valve;

La Figura 4 è il diagramma schematico di un compressore dotato di almeno una valvola rotativa secondo una realizzazione esemplificativa; Figure 4 is the schematic diagram of a compressor equipped with at least one rotary valve according to an exemplary embodiment;

La Figura 5 è la sezione trasversale di una valvola rotativa avente un profilo di chiusura tra statore e rotore, secondo una realizzazione esemplificativa; Figure 5 is the cross section of a rotary valve having a closing profile between stator and rotor, according to an exemplary embodiment;

Le Figure 6A e 6B sono viste della superficie di uno statore e di un rotore, rispettivamente, o di una valvola rotativa aventi profili di chiusura secondo una realizzazione esemplificativa; Figures 6A and 6B are views of the surface of a stator and a rotor, respectively, or of a rotary valve having closing profiles according to an exemplary embodiment;

La Figura 7 è il diagramma schematico di una valvola rotativa utilizzata come valvola di aspirazione di un compressore alternativo, secondo una realizzazione esemplificativa; Figure 7 is the schematic diagram of a rotary valve used as the suction valve of a reciprocating compressor, according to an exemplary embodiment;

La Figura 8 è il diagramma schematico di una valvola rotativa utilizzata come valvola di scarico di un compressore alternativo, secondo una realizzazione esemplificativa; La Figura 9 è un diagramma di flusso che illustra un metodo per riadattare un compressore in modo che abbia almeno una valvola rotativa avente un profilo di chiusura tra statore e rotore, secondo una realizzazione esemplificativa. Figure 8 is the schematic diagram of a rotary valve used as a discharge valve of a reciprocating compressor, according to an exemplary embodiment; Figure 9 is a flow chart illustrating a method for retrofitting a compressor so that it has at least one rotary valve having a stator-to-rotor closure profile, according to an exemplary embodiment.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DETAILED DESCRIPTION

La seguente descrizione delle forme di realizzazione esemplificative fa riferimento ai disegni tecnici allegati. I numeri di riferimento uguali, ricorrenti in disegni diversi, rappresentano elementi simili o identici. La seguente descrizione dettagliata non limita l'invenzione. Al contrario, il campo di applicazione dell'invenzione è definito dalle rivendicazioni incluse. Le seguenti realizzazioni sono esaminate, per ragioni di semplicità, in relazione alla terminologia e alla struttura dei compressori alternativi utilizzati nel settore petrolifero e del gas naturale. Tuttavia, le forme di realizzazione che saranno successivamente discusse non si limitano a queste attrezzature, ma possono essere applicate ad altre attrezzature. The following description of the exemplary embodiments refers to the attached technical drawings. The same reference numerals, occurring in different drawings, represent similar or identical elements. The following detailed description does not limit the invention. On the contrary, the scope of the invention is defined by the included claims. The following realizations are examined, for reasons of simplicity, in relation to the terminology and structure of the reciprocating compressors used in the oil and natural gas sector. However, the embodiments that will be discussed later are not limited to this equipment, but can be applied to other equipment.

In tutta la descrizione dettagliata, il riferimento a "una realizzazione" sta a indicare che una particolare caratteristica, struttura o proprietà descritta in relazione a una realizzazione è inclusa in almeno una realizzazione dell'oggetto divulgato. Pertanto, l'utilizzo dell'espressione "in una realizzazione" in vari punti della descrizione dettagliata non farà necessariamente riferimento alla medesima realizzazione. Inoltre, le particolari funzioni, strutture o caratteristiche possono essere combinate in qualsiasi modo adatto in una o più forme di realizzazione. Throughout the detailed description, reference to "an embodiment" means that a particular feature, structure or property described in connection with an embodiment is included in at least one embodiment of the disclosed object. Therefore, the use of the expression "in one embodiment" at various points in the detailed description will not necessarily refer to the same embodiment. Further, the particular functions, structures or features can be combined in any suitable way in one or more embodiments.

In alcune realizzazioni descritte in seguito, al posto della valvole automatiche vengono utilizzate valvole rotative attuate aventi un profilo di chiusura disposto su almeno una superficie in corrispondenza dell'interfaccia tra rotore e statore al fine (1) di aumentare il rendimento di un compressore alternativo riducendo lo spazio nocivo e (2) di superare i problemi relativi all'elevato attrito nelle valvole rotative. Quando nei compressori alternativi si utilizzano valvole rotative, aumenta l'area di flusso di passaggio tra l'interno e l'esterno dei compressori. L'aumento dell'area di flusso di passaggio determina un maggiore rendimento del compressore grazie a una fase di aspirazione e/o di scarico più breve e più efficiente. In some embodiments described below, instead of automatic valves, actuated rotary valves are used having a closing profile arranged on at least one surface at the interface between rotor and stator in order (1) to increase the efficiency of a reciprocating compressor by reducing the harmful space and (2) overcoming the problems related to high friction in rotary valves. When rotary valves are used in reciprocating compressors, the flow area between the inside and outside of the compressors increases. The increase in the flow area of passage determines a greater efficiency of the compressor thanks to a shorter and more efficient suction and / or discharge phase.

La Figura 4 è la rappresentazione schematica di un compressore alternativo 300 avente una o più valvole rotative con profili di chiusura. Il compressore 300 è di tipo alternativo a camera doppia. Tuttavia, anche nei compressori alternativi a camera singola è possibile utilizzare gruppi valvole secondo realizzazioni simili a quelle descritte qui di seguito La compressione avviene in un cilindro 320. Il fluido da comprimere (ad esempio gas naturale) viene immesso nel cilindro 320 tramite una bocca d'ingresso 330 e, dopo la compressione, viene espulso tramite una bocca di efflusso 340. La compressione avviene grazie al movimento di andata e ritorno del pistone 350 lungo il cilindro 320, tra un'estremità della testata 326 e un'estremità della manovella 328. Il pistone 350 divide il cilindro 320 in due camere di compressione 322 e 324 operanti in diverse fasi del processo ciclico; infatti, il volume della camera di compressione 322 si trova al valore minimo quando il volume della camera di compressione 324 si trova al valore massimo e viceversa. Figure 4 is the schematic representation of a reciprocating compressor 300 having one or more rotary valves with closure profiles. The compressor 300 is of the reciprocating double chamber type. However, even in single-chamber reciprocating compressors it is possible to use valve groups according to embodiments similar to those described below. Compression takes place in a cylinder 320. The fluid to be compressed (for example natural gas) is introduced into the cylinder 320 through a drip port. inlet 330 and, after compression, is expelled through an outflow mouth 340. Compression takes place thanks to the outward and return movement of the piston 350 along the cylinder 320, between one end of the head 326 and one end of the crank 328 The piston 350 divides the cylinder 320 into two compression chambers 322 and 324 operating in different phases of the cyclic process; in fact, the volume of the compression chamber 322 is at the minimum value when the volume of the compression chamber 324 is at the maximum value and vice versa.

Le valvole di aspirazione 332 e 334 si aprono per consentire al fluido che verrà compresso (ossia con una pressione iniziale pi) di passare dalla bocca d'ingresso 330 rispettivamente alle camere di compressione 322 e 324. Le valvole di scarico 342 e 344 si aprono per consentire al fluido che è stato compresso (ossia con una pressione successiva P2) di essere espulso rispettivamente dalle camere di compressione 322 e 324 tramite la bocca di efflusso 340. Il pistone 350 si muove grazie all'energia ricevuta ad esempio da un albero a manovella (non mostrato) tramite un testacroce (non mostrata) e un'asta del pistone 380. Nella Figura 3, le valvole 332, 334, 342, e 344 illustrate si trovano sulla parete laterale del cilindro 320. Tuttavia, le valvole 332 e 342 e le valvole 334 e 344 possono trovarsi rispettivamente sull'estremità della testata 326 e/o sull'estremità della manovella 328 del cilindro 320. The inlet valves 332 and 334 open to allow the fluid that will be compressed (ie with an initial pressure pi) to pass from the inlet port 330 to the compression chambers 322 and 324 respectively. The discharge valves 342 and 344 open to allow the fluid that has been compressed (i.e. with a subsequent pressure P2) to be expelled from the compression chambers 322 and 324 respectively through the outflow port 340. The piston 350 moves thanks to the energy received for example by a shaft with crank (not shown) via a crosshead (not shown) and piston rod 380. In Figure 3, the valves 332, 334, 342, and 344 shown are located on the side wall of cylinder 320. However, the valves 332 and 342 and valves 334 and 344 may be respectively on the end of the cylinder head 326 and / or on the end of the crank 328 of the cylinder 320.

A differenza di una valvola automatica, che si trova in stato di apertura o di chiusura in base alla pressione differenziale sui lati opposti di una parte mobile della valvola, una valvola rotativa attuata, come 332 nella Figura 3, si apre quando un attuatore, come 337 nella Figura 3, applica una forza (coppia di torsione) trasmessa tramite un albero 335 a una parte mobile (ossia un rotore) 333 della valvola 332, causando pertanto uno spostamento angolare della parte mobile 333. Una, alcune o tutte le valvole del compressore alternativo 300 possono essere valvole rotative attuate aventi un profilo di chiusura. In alcune realizzazioni potrebbe inoltre intervenire una combinazione di valvole rotative attuate (aventi un profilo di chiusura) e di valvole automatiche. Per esempio, in una realizzazione, le valvole di aspirazione potrebbero essere valvole rotative mentre le valvole di scarico potrebbero consistere in valvole automatiche; in un'altra realizzazione, le valvole di scarico potrebbero essere valvole rotative mentre le valvole di aspirazione potrebbero consistere in valvole automatiche. La Figura 5 è la sezione trasversale di una valvola rotativa attuata 500 avente un profilo di chiusura tra statore 510 e rotore 520. Lo statore 510 presenta un'apertura 512 e il rotore 520 presenta un'apertura 522. Il rotore 520 è fissato a uno stelo attuatore 530, che ruota attorno a un asse 535 grazie alla forza (coppia di torsione) fornita da un attuatore (non mostrato nella Figura 5, ad esempio, 337 nella Figura 4). Lo statore 510 è posizionato saldamente tra una parete 540 del cilindro del compressore (ad esempio, 322 nella Figura 4), una parete 545 di un ugello (condotto) che porta alla valvola e lo stelo attuatore 530. La valvola viene aperta, consentendo al flusso di scorrere da un lato della valvola (ad esempio l'ugello) all'altro lato della valvola (ad esempio la camera di compressione), quando l'apertura 522 del rotore 520 è sovrapposta all'apertura 512 dello statore 510 (come mostrato nella Figura 5). La valvola viene chiusa, impedendo al fluido di scorrere da un lato della valvola (ad esempio l'ugello) all'altro lato della valvola (ad esempio la camera di compressione), quando l'apertura 522 del rotore 520 non è sovrapposta all'apertura 512 dello statore 510. Unlike an automatic valve, which is in the open or closed state based on the differential pressure on opposite sides of a moving part of the valve, an actuated rotary valve, such as 332 in Figure 3, opens when an actuator, such as 337 in Figure 3, applies a force (torque) transmitted via a shaft 335 to a movable part (i.e. a rotor) 333 of the valve 332, thereby causing an angular displacement of the movable part 333. One, some or all of the valves of the reciprocating compressor 300 may be actuated rotary valves having a closing profile. In some embodiments, a combination of actuated rotary valves (having a closing profile) and automatic valves could also intervene. For example, in one embodiment, the intake valves could be rotary valves while the exhaust valves could consist of automatic valves; in another embodiment, the exhaust valves could be rotary valves while the intake valves could consist of automatic valves. Figure 5 is the cross section of an actuated rotary valve 500 having a closing profile between stator 510 and rotor 520. The stator 510 has an opening 512 and the rotor 520 has an opening 522. The rotor 520 is attached to one actuator stem 530, which rotates about an axis 535 due to the force (torque) provided by an actuator (not shown in Figure 5, for example, 337 in Figure 4). The stator 510 is firmly positioned between a wall 540 of the compressor cylinder (for example, 322 in Figure 4), a wall 545 of a nozzle (conduit) leading to the valve, and the actuator stem 530. The valve is opened, allowing the flow from one side of the valve (e.g. the nozzle) to the other side of the valve (e.g. the compression chamber), when the opening 522 of the rotor 520 overlaps the opening 512 of the stator 510 (as shown in Figure 5). The valve is closed, preventing the fluid from flowing from one side of the valve (for example the nozzle) to the other side of the valve (for example the compression chamber), when the opening 522 of the rotor 520 is not superimposed on the opening 512 of the stator 510.

Nella realizzazione illustrata nella Figura 5, sono presenti un primo profilo di chiusura 515 che sporge dalla superficie dello statore 510 verso il rotore 520 e un secondo profilo di chiusura 525 che sporge dalla superficie del rotore 520 verso lo statore 510. I profili di chiusura 515 e 525 possono essere più ampi in corrispondenza di un'interfaccia con lo statore 510 e il rotore 520 che non in una zona di contatto tra i due. Anche se la valvola rotativa illustrata nella Figura 5 è caratterizzata da profili di chiusura sia sullo statore 510, sia sul rotore 520, in un'altra realizzazione potrebbe essere presente un singolo profilo di chiusura fissato allo statore 510 o al rotore 520. Lo statore 510 e il rotore 520 possono essere fatti di acciaio inossidabile e acciaio legato. I profili di chiusura 515 e 525 possono essere in materiale non metallico come il polietereterchetone (PEEK) o in acciaio inossidabile. In una realizzazione, il primo profilo di chiusura 515 e lo statore 510 possono essere configurati come un pezzo unico e/o il secondo profilo di chiusura 525 e il rotore 520 possono essere configurati come un pezzo unico fatto, per esempio, di acciaio inossidabile. In alternativa, i profili di chiusura 515 e 525 possono essere configurati separatamente (ed essere fatti di un materiale diverso) in rapporto, rispettivamente, allo statore 510 e al rotore 520, essendo essi fissati saldamente. In una realizzazione, sulla superficie su cui è fissato il rispettivo profilo di chiusura potrebbe essere presente una scanalatura di altezza inferiore rispetto all'altezza del rispettivo profilo di chiusura. Il profilo di chiusura può essere incollato o saldato sulle rispettive superfici (in base anche al materiale utilizzato nella realizzazione dei profili di chiusura). In the embodiment illustrated in Figure 5, there is a first closing profile 515 which protrudes from the surface of the stator 510 towards the rotor 520 and a second closing profile 525 which protrudes from the surface of the rotor 520 towards the stator 510. The closing profiles 515 and 525 may be wider at an interface with stator 510 and rotor 520 than in a contact area between the two. Although the rotary valve shown in Figure 5 features closure profiles on both the stator 510 and rotor 520, in another embodiment there may be a single closure profile attached to the stator 510 or rotor 520. The stator 510 and rotor 520 can be made of stainless steel and alloy steel. The closing profiles 515 and 525 can be in non-metallic material such as polyetheretherketone (PEEK) or in stainless steel. In one embodiment, the first closing profile 515 and the stator 510 can be configured as a single piece and / or the second closing profile 525 and the rotor 520 can be configured as a single piece made of, for example, stainless steel. Alternatively, the closing profiles 515 and 525 can be configured separately (and be made of a different material) in relation, respectively, to the stator 510 and to the rotor 520, since they are firmly fixed. In one embodiment, on the surface on which the respective closing profile is fixed there could be a groove having a lower height than the height of the respective closing profile. The closing profile can be glued or welded on the respective surfaces (also depending on the material used in the realization of the closing profiles).

Per evitare perdite di fluido tra il cilindro del compressore e l'ugello, è posizionata una tenuta 550 in corrispondenza dell'interfaccia tra lo statore 510 e la parete 540 del cilindro del compressore. La tenuta 540 può consistere in un anello toroidale e può essere posizionata in una scanalatura ricavata nel corpo dello statore 510. Inoltre, per lo stesso scopo di tenuta del fluido, è presente una bussola radiale 555 tra lo statore 510 e lo stelo attuatore 530. To avoid fluid leakage between the compressor cylinder and the nozzle, a seal 550 is positioned at the interface between the stator 510 and the wall 540 of the compressor cylinder. The seal 540 can consist of a toroidal ring and can be positioned in a groove made in the body of the stator 510. Furthermore, for the same fluid sealing purpose, there is a radial bush 555 between the stator 510 and the actuator stem 530.

Oltre ai suddetti componenti principali del gruppo valvole, la valvola rotativa attuata 500 comprende una pluralità di altri componenti volti a migliorare il funzionamento della valvola (e/o del compressore) e/o a fungere da struttura di supporto. Tra il collare 532 dello stelo attuatore 530 e lo statore 565 potrebbe essere posizionata una bussola 560; potrebbe inoltre essere presente un'altra tenuta 565 di altro tipo e in una posizione diversa rispetto alla bussola radiale 555 tra lo statore 510 e lo stelo attuatore 530. In una scanalatura delio statore 510 potrebbe trovarsi un anello di tenuta 570 per mantenere la bussola radiale 555 nell'apposita posizione. Una molla 575, un distanziale 580 e un controdado 585 fissato allo stelo attuatore 530 sostengono e spingono il rotore 520 verso lo statore 510. In addition to the aforementioned main components of the valve group, the actuated rotary valve 500 comprises a plurality of other components designed to improve the operation of the valve (and / or the compressor) and / or to act as a support structure. A bush 560 could be positioned between the collar 532 of the actuator stem 530 and the stator 565; there could also be another seal 565 of another type and in a different position than the radial bushing 555 between the stator 510 and the actuator stem 530. In a groove of the stator 510 there could be a sealing ring 570 to hold the radial bushing 555 in the appropriate position. A spring 575, a spacer 580 and a locknut 585 fixed to the actuator stem 530 support and push the rotor 520 towards the stator 510.

La Figura 6A rappresenta la vista della superficie di uno statore 610 avente un profilo di chiusura 615, mentre la Figura 6B rappresenta la vista della superficie di un rotore 620 avente un profilo di chiusura 625. Lo statore 610 e il rotore 620 presentano rispettivamente le aperture 612 e 622. In una valvola rotativa attuata, quando il rotore 620 si trova in una prima posizione in cui l'apertura del rotore 622 è sovrapposta all'apertura dello statore 612, la valvola rotativa è aperta. Quando il rotore 620 si trova in una seconda posizione in cui l'apertura del rotore 622 non è sovrapposta all'apertura dello statore 612, la valvola rotativa è chiusa. Figure 6A represents the view of the surface of a stator 610 having a closing profile 615, while Figure 6B represents the view of the surface of a rotor 620 having a closing profile 625. The stator 610 and the rotor 620 respectively have the openings 612 and 622. In an actuated rotary valve, when the rotor 620 is in a first position in which the opening of the rotor 622 is superimposed on the opening of the stator 612, the rotary valve is open. When the rotor 620 is in a second position where the opening of the rotor 622 does not overlap the opening of the stator 612, the rotary valve is closed.

I profili di chiusura 615 e 625 sporgono rispettivamente dalla superficie dello statore 610 e del rotore 620. L'altezza del profilo di chiusura può essere di 2-3 mm. li profilo di chiusura 615 sulla superficie dello statore 610 comprende due perimetri chiusi adiacenti di forma simile 617 e 619, dove il primo 617 circonda l'apertura 612 dello statore 610 e il secondo 619 presenta un lato comune 618 con il primo 617. Il profilo di chiusura 625 sulla superficie del rotore 620 comprende un perimetro chiuso 627 che circonda l'apertura 622 del rotore e che presenta sostanzialmente la stessa forma dei perimetri chiusi 617 e 619, nonché prolungamenti di tenuta 629, 631 , 633 e 635 che prolungano in modo circolare i lati del perimetro 627. I prolungamenti di tenuta 629, 631 , 633 e 635 possono presentare un'altezza decrescente (ossia digradante) verso la superficie del rotore 620. The closing profiles 615 and 625 protrude from the surface of the stator 610 and the rotor 620 respectively. The height of the closing profile can be 2-3 mm. The closing profile 615 on the surface of the stator 610 comprises two adjacent closed perimeters of similar shape 617 and 619, where the first 617 surrounds the opening 612 of the stator 610 and the second 619 has a common side 618 with the first 617. The profile 625 on the rotor surface 620 includes a closed perimeter 627 which surrounds the opening 622 of the rotor and which has substantially the same shape as the closed perimeters 617 and 619, as well as sealing extensions 629, 631, 633 and 635 which extend so circular the sides of the perimeter 627. The sealing extensions 629, 631, 633 and 635 can have a decreasing height (ie sloping) towards the surface of the rotor 620.

Nella prima posizione il perimetro 627 del profilo di tenuta 625 corrisponde al perimetro 617 del profilo di tenuta 615, mentre nella seconda posizione il perimetro 627 del profilo di tenuta 625 è sovrapposto al perimetro 619 del profilo di tenuta 615. In the first position the perimeter 627 of the sealing profile 625 corresponds to the perimeter 617 of the sealing profile 615, while in the second position the perimeter 627 of the sealing profile 625 is superimposed on the perimeter 619 of the sealing profile 615.

La minore area di contatto dell'interfaccia rotore-statore che utilizza i profili di tenuta, area ridotta alla sola cornice ai limiti con spessore ridotto, determina una minore forza d'attrito. Quando il rotore viene attuato per passare dalla seconda alla prima posizione, la pressione all'interno del cilindro del compressore potrebbe comunque superare la pressione nell'ugello sull'altro lato della valvola rotativa. Una forza di attuazione (o coppia di torsione) deve superare sia l'inerzia, sia l'attrito. L'entità dell'attrito è proporzionale all'area di contatto. Più piccola è l'area di contatto, minore sarà la forza d'attrito. Inoltre, anche l'eventuale forza capillare che potrebbe intervenire a causa dell'aderenza del liquido all'interfaccia rotore-statore è proporzionale all'area di contatto. The smaller contact area of the rotor-stator interface that uses the sealing profiles, area reduced to the frame only at the limits with reduced thickness, determines a lower friction force. When the rotor is actuated to move from the second to the first position, the pressure inside the compressor cylinder may still exceed the pressure in the nozzle on the other side of the rotary valve. An actuation force (or torque) must overcome both inertia and friction. The amount of friction is proportional to the contact area. The smaller the contact area, the lower the frictional force. Furthermore, also the possible capillary force that could intervene due to the adhesion of the liquid to the rotor-stator interface is proportional to the contact area.

Come dimostrato dall'arte nota, l'attrito statico è superiore all'attrito dinamico. Così, in presenza di un attrito notevole, è necessario applicare una forza notevole all'inizio dell'attuazione del rotore. Maggiore è la forza inizialmente applicata relativa alla forza applicata dopo l'inizio del movimento del rotore, più diffìcile diventa controllare l'attuazione. Il tempo dì attuazione consiste in pochi millisecondi e lo spostamento angolare potrebbe arrivare fino a 120°. È essenziale un'attuazione precisa in termini di tempi e di entità per ottenere buone prestazioni dal compressore. Così, più semplicemente, la presenza di valvole rotative attuate capaci di un migliore controllo rende l'uso delle valvole rotative una soluzione tecnica interessante per i compressori alternativi utilizzati nel settore petrolifero e del gas naturale. As demonstrated by the known art, the static friction is higher than the dynamic friction. Thus, in the presence of considerable friction, it is necessary to apply a considerable force at the start of the rotor actuation. The greater the force initially applied relative to the force applied after the start of the rotor movement, the more difficult it becomes to control actuation. The implementation time consists of a few milliseconds and the angular displacement could reach up to 120 °. Accurate actuation in terms of time and magnitude is essential to obtain good compressor performance. Thus, more simply, the presence of actuated rotary valves capable of better control makes the use of rotary valves an interesting technical solution for reciprocating compressors used in the oil and natural gas sector.

Il modo in cui vengono disposte ie valvole rotative in un compressore alternativo permette una migliore tenuta mentre la valvola è chiusa. The way the rotary valves are arranged in a reciprocating compressor allows for better sealing while the valve is closed.

La Figura 7 è il diagramma schematico di una valvola rotativa 700 utilizzata come valvola d'aspirazione in un compressore alternativo. Un attuatore 710 ruota uno stelo attuatore 720. Un rotore 730 della valvola rotativa è collegato allo stelo attuatore 720 e passa da una prima posizione a una seconda posizione e viceversa. Quando il rotore 730 si trova nella prima posizione, un'apertura 732 dei rotore 730 è sovrapposta a un'apertura 742 dello statore 740; la valvola rotativa è aperta e consente al fluido di scorrere da un ugello di aspirazione 750 all'interno del cilindro del compressore. Quando il rotore 730 si trova nella seconda posizione, le rispettive aperture 732 e 742 del rotore 730 e dello statore 740 non risultano sovrapposte; la valvola è chiusa e il fluido non la attraversa. Il rotore 730 si trova più vicino alla camera di compressione rispetto allo statore 740. Sono presenti almeno una tenuta dinamica 760 tra lo statore 740 e lo stelo attuatore 720 e almeno una tenuta statica 765 tra Io statore 760 e il corpo del compressore 770. Il gruppo valvola della Figura 7 comprende altresì una copertura 780 collegata al corpo del compressore 770. Figure 7 is the schematic diagram of a rotary valve 700 used as a suction valve in a reciprocating compressor. An actuator 710 rotates an actuator stem 720. A rotor 730 of the rotary valve is connected to the actuator stem 720 and passes from a first position to a second position and vice versa. When the rotor 730 is in the first position, an opening 732 of the rotor 730 is superimposed on an opening 742 of the stator 740; the rotary valve is open and allows fluid to flow from a suction nozzle 750 into the compressor cylinder. When the rotor 730 is in the second position, the respective openings 732 and 742 of the rotor 730 and of the stator 740 are not superimposed; the valve is closed and the fluid does not flow through it. The rotor 730 is located closer to the compression chamber than the stator 740. There is at least one dynamic seal 760 between the stator 740 and the actuator stem 720 and at least one static seal 765 between the stator 760 and the compressor body 770. The the valve assembly of Figure 7 also comprises a cover 780 connected to the body of the compressor 770.

La Figura 8 è il diagramma schematico di una valvola rotativa 800 utilizzata come valvola di scarico in un compressore alternativo. Un attuatore 810 ruota uno stelo attuatore 820. Un rotore 830 della valvola rotativa è collegato allo stelo attuatore 820 e passa da una prima posizione a una seconda posizione e viceversa. Quando il rotore 830 si trova nella prima posizione, un'apertura 832 del rotore 830 è allineata con un'apertura 842 dello statore 840; la valvola rotativa è aperta, consentendo al fluido di scorrere dal cilindro del compressore verso un ugello di scarico 850. Quando il rotore 830 si trova nella seconda posizione, le rispettive aperture 832 e 842 del rotore 830 e dello statore 840 non sono allineate; la valvola è chiusa e il fluido non la attraversa. Il rotore 830 si trova più lontano dalla camera di compressione rispetto allo statore 840. Sono presenti almeno una tenuta dinamica 860 tra lo statore 840 e lo stelo attuatore 820 e almeno una tenuta statica 865 tra lo statore 860 e il corpo del compressore 870. Il gruppo valvola della Figura 8 comprende altresì una copertura 880 collegata al corpo del compressore 870. Figure 8 is the schematic diagram of a rotary valve 800 used as an unloading valve in a reciprocating compressor. An actuator 810 rotates an actuator stem 820. A rotor 830 of the rotary valve is connected to the actuator stem 820 and passes from a first position to a second position and vice versa. When the rotor 830 is in the first position, an opening 832 of the rotor 830 is aligned with an opening 842 of the stator 840; the rotary valve is open, allowing fluid to flow from the compressor cylinder to a discharge nozzle 850. When the rotor 830 is in the second position, the respective openings 832 and 842 of the rotor 830 and stator 840 are not aligned; the valve is closed and the fluid does not flow through it. The rotor 830 is located farther from the compression chamber than the stator 840. There is at least one dynamic seal 860 between the stator 840 and the actuator stem 820 and at least one static seal 865 between the stator 860 and the compressor body 870. The the valve assembly of Figure 8 also comprises a cover 880 connected to the body of the compressor 870.

Per comprendere il vantaggio che deriva dal disporre le valvole rotative nel modo descritto in relazione alle Figure 7 e 8, è necessaria una breve panoramica di un ciclo di compressione ideale. Un ciclo di compressione ideale comprende almeno quattro fasi: espansione, aspirazione, compressione e scarico. Quando il fluido compresso viene espulso da una camera di compressione (ad esempio 322 o 324 nella Figura 4) alla fine di un ciclo di compressione, una piccola quantità di fluido alla pressione di mandata resta intrappolata in uno spazio nocivo (ossia il volume minimo della camera di compressione). Durante la fase di espansione e la fase di aspirazione del ciclo di compressione, il pistone (ad esempio 350 nella Figura 4) si muove per aumentare il volume della camera di compressione. All'inizio della fase di espansione, la valvola di mandata si chiude (la valvola di aspirazione resta chiusa), quindi la pressione del fluido intrappolato scende dato che aumenta il volume della camera di compressione a disposizione del fluido. La fase di aspirazione del ciclo di compressione inizia quando la pressione all'interno della camera di compressione scende fino ad essere equivalente alla pressione di aspirazione. Durante la fase di aspirazione, il volume della camera di compressione e la quantità di fluido da comprimere (alla pressione p-i) aumentano fino a raggiungere il volume massimo della camera di compressione. La valvola di aspirazione quindi si chiude. To understand the advantage of arranging the rotary valves in the manner described in relation to Figures 7 and 8, a brief overview of an ideal compression cycle is required. An ideal compression cycle includes at least four stages: expansion, intake, compression and exhaust. When compressed fluid is expelled from a compression chamber (e.g. 322 or 324 in Figure 4) at the end of a compression cycle, a small amount of fluid at the discharge pressure is trapped in a noxious space (i.e. the minimum volume of the compression chamber). During the expansion phase and the suction phase of the compression cycle, the piston (for example 350 in Figure 4) moves to increase the volume of the compression chamber. At the beginning of the expansion phase, the discharge valve closes (the suction valve remains closed), therefore the pressure of the trapped fluid drops as the volume of the compression chamber available to the fluid increases. The suction phase of the compression cycle begins when the pressure inside the compression chamber drops to be equivalent to the suction pressure. During the suction phase, the volume of the compression chamber and the quantity of fluid to be compressed (at pressure p-i) increase until the maximum volume of the compression chamber is reached. The intake valve then closes.

Durante le fasi di compressione e scarico del ciclo di compressione, il pistone si muove nella direzione opposta rispetto a quella del movimento durante le fasi di espansione e compressione, al fine di ridurre il volume della camera di compressione. Durante la fase di compressione, la valvola di aspirazione e la valvola di mandata sono entrambe chiuse; la pressione del fluido nella camera di compressione aumenta (dalla pressione di aspirazione fino alla pressione di mandata) perché il volume della camera di compressione diminuisce. La fase di mandata del ciclo di compressione comincia quando la pressione all'interno della camera di compressione diventa equivalente alla pressione di mandata, innescando l'apertura della valvola di mandata. Durante la fase di mandata, il fluido alla pressione di mandata è espulso dalla camera di compressione fino al raggiungimento del volume minimo (spazio nocivo) della camera di compressione. During the compression and exhaust phases of the compression cycle, the piston moves in the opposite direction to that of the movement during the expansion and compression phases, in order to reduce the volume of the compression chamber. During the compression phase, the inlet valve and the outlet valve are both closed; the pressure of the fluid in the compression chamber increases (from the suction pressure to the discharge pressure) because the volume of the compression chamber decreases. The delivery phase of the compression cycle begins when the pressure inside the compression chamber becomes equivalent to the delivery pressure, triggering the opening of the delivery valve. During the delivery phase, the fluid at the delivery pressure is expelled from the compression chamber until the minimum volume (harmful space) of the compression chamber is reached.

La pressione all'interno della camera di compressione è superiore alla pressione di aspirazione durante tutte le fasi del ciclo di compressione (espansione, compressione e scarico) durante cui la valvola di aspirazione è chiusa. Di conseguenza, durante tali fasi la differenza di pressione nella valvola causa una forza che spinge il rotore 730 della valvola rotativa utilizzata come valvola di aspirazione verso lo statore 740, migliorando così la tenuta tra i due elementi. The pressure inside the compression chamber is higher than the intake pressure during all stages of the compression cycle (expansion, compression and exhaust) during which the intake valve is closed. Consequently, during these phases the pressure difference in the valve causes a force which pushes the rotor 730 of the rotary valve used as an intake valve towards the stator 740, thus improving the seal between the two elements.

La pressione all'interno della camera di compressione è inferiore alla pressione di scarico durante tutte le fasi del ciclo di compressione (aspirazione, espansione e compressione) durante cui la valvola di scarico è chiusa. Di conseguenza, durante tali fasi, la differenza di pressione nella valvola causa una forza che spinge il rotore 830 della valvola rotativa utilizzata come valvola di scarico verso lo statore 840, migliorando così la tenuta tra i due elementi. The pressure inside the compression chamber is lower than the exhaust pressure during all stages of the compression cycle (intake, expansion and compression) during which the exhaust valve is closed. Consequently, during these phases, the pressure difference in the valve causes a force that pushes the rotor 830 of the rotary valve used as an exhaust valve towards the stator 840, thus improving the seal between the two elements.

I compressori alternativi utilizzati nel settore petrolifero e del gas naturale dotati di valvole automatiche possono essere riadattati per l'utilizzo di valvole rotative attuate aventi profili di chiusura. La Figura 9 mostra il diagramma di flusso di un metodo 900 per riadattare un compressore alternativo (ad esempio 10) utilizzato nel settore petrolifero e del gas naturale inizialmente dotato di una valvola automatica. Il metodo 900 comprende la rimozione di una valvola automatica del compressore alternativo, in corrispondenza di S910. Il metodo 900 comprende altresì il montaggio di una valvola rotativa attuata nel punto in cui è stata rimossa la valvola automatica , in corrispondenza di S920. Almeno uno tra rotore e statore della valvola rotativa attuata presenta un profilo di chiusura che sporge da una superficie del rotore o dello statore verso un'interfaccia tra i due; il profilo di chiusura circonda rispettivamente l'apertura del rotore o l'apertura dello statore. The reciprocating compressors used in the oil and natural gas sector equipped with automatic valves can be retrofitted for the use of rotary valves actuated with closing profiles. Figure 9 shows the flow chart of a method 900 for retrofitting a reciprocating compressor (e.g. 10) used in the oil and natural gas industry initially equipped with an automatic valve. Method 900 includes removing an automatic reciprocating compressor valve, at S910. Method 900 also includes mounting a rotary valve actuated at the point where the automatic valve has been removed, at S920. At least one of the rotor and stator of the actuated rotary valve has a closing profile which protrudes from a surface of the rotor or of the stator towards an interface between the two; the closing profile surrounds the opening of the rotor or the opening of the stator respectively.

II metodo 900 prevede anche la presenza di un attuatore configurato per fornire uno spostamento angolare, in corrispondenza di S930, e il collegamento dell'attuatore alla valvola tramite lo stelo attuatore, in corrispondenza di S940. Nel metodo 900, (1) se la valvola è di aspirazione, il rotore può essere montato più vicino alla camera di compressione rispetto allo statore, mentre (2) se la valvola è di scarico lo statore può essere montato più vicino alla camera di compressione rispetto al rotore. Method 900 also provides for the presence of an actuator configured to provide angular displacement, at S930, and the connection of the actuator to the valve via the actuator stem, at S940. In method 900, (1) if the valve is inlet, the rotor can be mounted closer to the compression chamber than the stator, while (2) if the valve is exhaust, the stator can be mounted closer to the compression chamber with respect to the rotor.

Il metodo 900 può inoltre prevedere almeno una tra (1) la presenza di una tenuta posizionata e configurata per evitare perdite di fluido tra lo statore e una parete della camera di compressione e (2) la presenza di una bussola radiale posizionata e configurata per evitare perdite di fluido tra lo statore e lo stelo attuatore. Method 900 can also provide at least one of (1) the presence of a seal positioned and configured to prevent fluid leaks between the stator and a compression chamber wall and (2) the presence of a radial bush positioned and configured to avoid fluid leaks between the stator and the actuator stem.

Le realizzazioni esemplificative divulgate prevedono valvole rotative attuate con profili di chiusura tra rotore e statore; i compressori alternativi utilizzano tali valvole e i relativi metodi. Resta inteso che la presente descrizione non intende limitare l'invenzione. Al contrario, le forme di realizzazione esemplificative includono alternative, modifiche e soluzioni equivalenti rientranti nello spirito e nel campo di applicazione dell'invenzione, come definito dalle rivendicazioni allegate. Inoltre nella descrizione dettagliata delle forme di realizzazione esemplificative sono esposti numerosi dettagli specifici, al fine di consentire una comprensione esauriente dell'invenzione rivendicata. Tuttavia, chiunque sia esperto in materia comprende che varie realizzazioni possono essere attuate senza tali dettagli. The disclosed exemplary embodiments envisage rotary valves actuated with closing profiles between rotor and stator; reciprocating compressors use these valves and their methods. It is understood that the present description is not intended to limit the invention. Conversely, exemplary embodiments include alternatives, modifications and equivalent solutions within the spirit and scope of the invention, as defined by the appended claims. Furthermore, numerous specific details are set forth in the detailed description of the exemplary embodiments, in order to allow a thorough understanding of the claimed invention. However, anyone skilled in the art understands that various embodiments can be implemented without such details.

Nonostante le caratteristiche e gli elementi delle presenti realizzazioni esemplificative siano descritti nelle realizzazioni in particolari combinazioni, ciascuna caratteristica o ciascun elemento possono essere utilizzati singolarmente senza le altre caratteristiche e gli altri elementi delle realizzazioni o in varie combinazioni con o senza altre caratteristiche ed elementi divulgati dal presente documento. Although the features and elements of the present exemplary embodiments are described in the embodiments in particular combinations, each feature or each element can be used individually without the other features and elements of the embodiments or in various combinations with or without other features and elements disclosed by the this document.

La presente descrizione scritta utilizza degli esempi relativi all'oggetto divulgato per consentire a qualsiasi esperto in materia di attuare l'invenzione, compresi la realizzazione e l'utilizzo di qualsiasi dispositivo o sistema nonché l'esecuzione di qualsiasi metodo incluso. L'ambito brevettabile dell'oggetto del presente documento è definito dalle rivendicazioni e può includere altri esempi noti agli esperti in materia. Questi altri esempi rientrano ne ambito delle rivendicazioni. The present written description uses examples relating to the disclosed subject matter to enable any one skilled in the art to implement the invention, including making and using any device or system as well as carrying out any including methods. The patentable scope of the subject of this document is defined by the claims and may include other examples known to those skilled in the art. These other examples fall within the scope of the claims.

Claims (10)

CLAIMS / RIVENDICAZIONI 1. Una valvola rotativa attuata utilizzabile in un compressore alternativo per il settore petrolifero e del gas naturale, comprendente: uno statore avente un'apertura statore; e un rotore avente un'apertura rotore, in cui almeno uno tra rotore e statore presenta un profilo di chiusura che sporge da una superficie del rotore o dello statore verso un'interfaccia tra i due; il profilo di chiusura circonda rispettivamente l'apertura del rotore o l'apertura dello statore. 2. Un compressore alternativo utilizzato nel settore petrolifero e del gas naturale, comprendente: una camera di compressione; un attuatore configurato per fornire uno spostamento angolare; e una valvola comprendente uno statore avente un'apertura statore, uno stelo attuatore collegato all'attuatore e configurato per essere ruotato dallo stesso, e un rotore avente un'apertura rotore, in cui almeno uno tra rotore e statore presenta un profilo di chiusura che sporge da una superficie del rotore o dello statore verso un'interfaccia tra i due; il profilo di chiusura circonda rispettivamente l'apertura dello statore o l'apertura del rotore. 3. Il compressore alternativo della rivendicazione 2, dove almeno uno tra rotore e statore presenta una scanalatura sulla superficie e il profilo di chiusura è fissato saldamente all'interno della scanalatura. 4. Il compressore alternativo della rivendicazione 2, dove il profilo di chiusura è incollato ad almeno uno tra rotore e statore. 5. Il compressore alternativo della rivendicazione 2, dove il profilo di chiusura è configurato come pezzo unico con almeno uno tra rotore e statore. 6. Il compressore alternativo della rivendicazione 2, sia il rotore sia lo statore presentano profili di chiusura sulla rispettiva superficie verso l'interfaccia tra i due. 7. Il compressore alternativo della rivendicazione 6, dove: un profilo di chiusura statore sullo statore comprende due perimetri chiusi adiacenti aventi forme sostanzialmente simili e uno dei perimetri circonda l'apertura dello statore; e un profilo di chiusura rotore sul rotore comprende un perimetro chiuso avente una forma sostanzialmente simile a quella dei due perimetri chiusi adiacenti e il perimetro chiuso del rotore circonda l'apertura del rotore. 8. Il compressore alternativo della rivendicazione 7, il profilo di chiusura del rotore comprende dei prolungamenti di tenuta che prolungano in modo circolare i lati del perimetro chiuso e i prolungamenti di tenuta digradano verso la superficie del rotore. 9. Il compressore alternativo della rivendicazione 2, in cui se la valvola è di aspirazione il rotore è situato più vicino alla camera di compressione rispetto allo statore, mentre se la valvola è di scarico lo statore è situato più vicino alla camera di compressione rispetto al rotore. 10. Un metodo per riadattare un compressore alternativo utilizzato nel settore petrolifero e del gas naturale inizialmente dotato di una valvola automatica; detto metodo comprende: la rimozione della valvola automatica dal compressore alternativo; il montaggio di una valvola rotativa attuata nel punto in cui è stata rimossa la valvola automatica; almeno uno tra rotore e statore della valvola rotativa attuata presenta un profilo di chiusura che sporge da una superficie del rotore o dello statore verso un'interfaccia tra i due; il profilo di chiusura circonda rispettivamente l'apertura del rotore o l'apertura dello statore; la presenza di un attuatore configurato per fornire uno spostamento angolare; e il collegamento dell'attuatore alla valvola rotativa attuata mediante uno stelo attuatore. (ADR/Pa) CLAIMS / RIVENDICAZIONI 1. An actuated rotary valve useable in a reciprocating compressor for oil and gas industry, the valve comprising: a stator having a stator opening; and a rotor having a rotor opening, wherein at least one of the rotor and the stator has a sealing profile extruding from a surface of the rotor or of the stator towards an interface there-between, the sealing profile surrounding a respective one of the rotor opening or the stator opening. CLAIMS / CLAIMS 1. An actuated rotary valve usable in a reciprocating compressor for the oil and natural gas industry, comprising: a stator having a stator opening; And a rotor having a rotor aperture, wherein at least one of the rotor and stator has a closure profile which projects from a surface of the rotor or stator towards an interface between the two; the closing profile surrounds the opening of the rotor or the opening of the stator respectively. 2. A reciprocating compressor used in the oil and natural gas industry, comprising: a compression chamber; an actuator configured to provide angular displacement; And a valve comprising a stator having a stator opening, an actuator stem connected to the actuator and configured to be rotated by the actuator, e a rotor having a rotor aperture, wherein at least one of the rotor and stator has a closure profile which projects from a surface of the rotor or stator towards an interface between the two; the closing profile surrounds the stator opening or the rotor opening respectively. The reciprocating compressor of claim 2, wherein at least one of the rotor and stator has a groove on the surface and the closure profile is firmly fixed within the groove. 4. The reciprocating compressor of claim 2, wherein the closing profile is glued to at least one of the rotor and stator. 5. The reciprocating compressor of claim 2, where the closing profile is configured as a single piece with at least one of rotor and stator. 6. The reciprocating compressor of claim 2, both the rotor and the stator have closing profiles on the respective surface towards the interface between the two. 7. The reciprocating compressor of claim 6, where: a stator closing profile on the stator includes two adjacent closed perimeters having substantially similar shapes and one of the perimeters surrounds the stator opening; And a rotor closing profile on the rotor comprises a closed perimeter having a shape substantially similar to that of the two adjacent closed perimeters and the closed perimeter of the rotor surrounds the opening of the rotor. 8. The reciprocating compressor of claim 7, the closing profile of the rotor comprises sealing extensions which circularly extend the sides of the closed perimeter and the sealing extensions slope towards the rotor surface. 9. The reciprocating compressor of claim 2, wherein if the valve is an intake valve the rotor is located closer to the compression chamber than the stator, while if the valve is an exhaust valve the stator is located closer to the compression chamber than the rotor. 10. A method of retrofitting a reciprocating compressor used in the oil and natural gas industry initially equipped with an automatic valve; this method includes: removing the automatic valve from the reciprocating compressor; mounting a rotary valve actuated at the point where the automatic valve was removed; at least one of the rotor and stator of the actuated rotary valve has a closing profile which protrudes from a surface of the rotor or stator towards an interface between the two; the closing profile surrounds the opening of the rotor or the opening of the stator respectively; the presence of an actuator configured to provide angular displacement; and connecting the actuator to the rotary valve actuated by an actuator stem. (ADR / Pa) CLAIMS / CLAIMS 1. An actuated rotary valve useable in a reciprocating compressor for oil and gas industry, the valve comprising: a stator having a stator opening; and a rotor having a rotor opening, wherein at least one of the rotor and the stator has a sealing profile extruding from a surface of the rotor or of the stator towards an interface there-between, the sealing profile surrounding a respective one of the rotor opening or the stator opening. 2. A reciprocating compressor used in oil and gas industry, comprising: a compression chamber; an actuator configured to supply an angular displacement; and a valve including a stator having a stator opening, an actuator stem connected to and configured to be rotated by the actuator, and a rotor having a rotor opening, wherein at least one of the rotor and the stator has a sealing profile extruding from a surface of the rotor or of the stator towards an interface there-between, the sealing profile surrounding a respective one of the stator opening or the rotor opening. 2. A reciprocating compressor used in oil and gas industry, comprising: compression chamber; an actuator configured to supply an angular displacement; and a valve including a stator having a stator opening, an actuator stem connected to and configured to be rotated by the actuator, and a rotor having a rotor opening, wherein at least one of the rotor and the stator has a sealing profile extruding from a surface of the rotor or of the stator towards an interface there-between, the sealing profile surrounding a respective one of the stator opening or the rotor opening. 3. The reciprocating compressor of claim 2, wherein the respective at least one of the rotor and the stator has a groove on the surface, the sealing profile being fixedly attached inside the groove. 3. The reciprocating compressor of claim 2, wherein the respective at least one of the rotor and the stator has a groove on the surface, the sealing profile being fixedly attached inside the groove. 4. The reciprocating compressor of claim 2, wherein the sealing profile is glued to the respective at least one of the rotor and the stator. 4. The reciprocating compressor of claim 2, wherein the sealing profile is glued to the respective at least one of the rotor and the stator. 5. The reciprocating compressor of claim 2, wherein the sealing profile is formed as one piece with the respective at least one of the rotor and the stator. 5. The reciprocating compressor of claim 2, wherein the sealing profile is formed as one piece with the respective at least one of the rotor and the stator. 6. The reciprocating compressor of claim 2, both the rotor and the stator have sealing profiles on a respective surface towards the interface there-between. 6. The reciprocating compressor of claim 2, both the rotor and the stator have sealing profiles on a respective surface towards the interface there-between. 7. The reciprocating compressor of claim 6, wherein: a stator sealing profile on the stator includes two adjoined closed perimeters, having substantially similar shapes, one of the perimeters surrounding the stator opening; and a rotor sealing profile on the rotor includes a closed perimeter, having substantially similar shape with any one of the two adjoined closed perimeters, the rotor closed perimeter surrounding the rotor opening. 7. The reciprocating compressor of claim 6, wherein: a stator sealing profile on the stator includes two adjoined closed perimeters, having substantially similar shapes, one of the perimeters surrounding the stator opening; and a rotor sealing profile on the rotor includes a closed perimeter, having substantially similar shape with any one of the two adjoined closed perimeters, the rotor closed perimeter surrounding the rotor opening. 8. The reciprocating compressor of claim 7, the rotor sealing profile includes seal extensions circumferentially extending sides of the closed perimeter, the seal extensions ramping down to the surface of the rotor. 8. The reciprocating compressor of claim 7, the rotor sealing profile includes seal extensions circumferentially extending sides of the closed perimeter, the seal extensions ramping down to the surface of the rotor. 9. The reciprocating compressor of claim 2, wherein if the valve is a suction valve, the rotor located closer to the compression chamber than the stator, and if the valve is a discharge valve, the stator located closer to the compression chamber than the rotor. 9. The reciprocating compressor of claim 2, wherein if the valve is a suction valve, the rotor located closer to the compression chamber than the stator, and if the valve is a discharge valve, the stator located closer to the compression chamber than the rotor . 10. A method for retrofitting a reciprocating compressor used in oil and gas industry and initially having an automatic valve, the method comprising: removing an automated valve of the reciprocating compressor; mounting an actuated rotary valve in a location from which the automated valve has been removed, at least one of a rotor and a stator of the rotary actuated valve having a sealing profile extruding from a surface of the rotor or of the stator towards an interface there-between, the sealing profile surrounding a respective one of a stator opening or a rotor opening; providing an actuator configured to supply an angular displacement; and connecting the actuator to the actuated rotary valve via an actuator stem.10. A method for retrofitting a reciprocating compressor used in oil and gas industry and initially having an automatic valve, the method comprising: removing an automated valve of the reciprocating compressor; mounting an actuated rotary valve in a location from which the automated valve has been removed, at least one of a rotor and a stator of the rotary actuated valve having a sealing profile extruding from a surface of the rotor or of the stator towards an interface there -between, the sealing profile surrounding a respective one of a stator opening or a rotor opening; providing an actuator configured to supply an angular displacement; and connecting the actuator to the actuated rotary valve via an actuator stem.
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